JP2016141348A

JP2016141348A - トロリ線

Info

Publication number: JP2016141348A
Application number: JP2015020583A
Authority: JP
Inventors: 蛭田　浩義; Hiroyoshi Hiruta; 浩義蛭田; 田村　和彦; Kazuhiko Tamura; 和彦田村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: JP6549852B2

Abstract

【課題】高い張力が加わった状態でも優れた振動疲労特性を有する、ヘビーシンプル架線に好適なトロリ線を提供する。
【解決手段】本発明の一態様において、架線する際の張力が２．５トン以上であるヘビーシンプル架線用のトロリ線であって、引張強さが４３０ＭＰａ以上であり、銅合金からなるトロリ線本体１０を有する、トロリ線１を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トロリ線に関し、特に、ヘビーシンプル架線に好適なトロリ線に関する。

従来、新幹線の架線として、吊架線、補助吊架線、トロリ線の３本で構成されるヘビーコンパウンド架線が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

図１（ａ）は、ヘビーコンパウンド架線３０の概略図である。ヘビーコンパウンド架線３０においては、補助吊架線３２がドロッパー３４により吊架線３１から吊り下げられ、トロリ線３３がハンガー３５により補助吊架線３２から吊り下げられ、吊架線３１、補助吊架線３２、トロリ線３３が並列に配線される。

このヘビーコンパウンド架線３０に使用されるトロリ線３３には、銅錫の合金系、銅鋼の複合系材料からなるトロリ線が適用されており、その公称断面積が１７０ｍｍ^２である場合に加わる張力は最大で２トンである。

また、従来の架線の一つとして、ヘビーコンパウンド架線３０における補助吊架線３２を省き、吊架線とトロリ線の２本で構成されるヘビーシンプル架線（ヘビーシンプルカテナリ方式架線ともいう）が知られている（例えば、特許文献２参照）。

図１（ｂ）は、ヘビーシンプル架線４０の概略図である。ヘビーシンプル架線４０においては、トロリ線４２がハンガー４３により吊架線４１から吊り下げられ、吊架線４１、トロリ線４２が並列に配線される。

特開２０１１−００１０２５号公報特開２００１−２７０３４８号公報

架線の大電流容量化、架線の管理工数低減及び低コスト化のために、新幹線に用いる架線をヘビーコンパウンド架線３０からヘビーシンプル架線４０に切り替える場合、トロリ線に加わる張力を最大で２トン（１９．６ｋＮ）であったものから２.５トン（２４．５ｋＮ）以上に引き上げることが、集電性能向上のために必要不可欠である。また、大電流容量が必要であるために架線をヘビーコンパウンド架線３０からヘビーシンプル架線４０に切り替える場合、線条が３本から２本になることでトロリ線に流れる電流比率も高くなる。さらに、ヘビーシンプル架線４０のトロリ線４２に２．５トンの張力を加えたときの押上量、ひずみ量は、ヘビーコンパウンド架線３０のトロリ線３３に２トンの張力を加えたときの押上量、ひずみ量と同等であると予想される。

しかしながら、従来のトロリ線では、新幹線用のヘビーシンプル架線４０に用いるには振動疲労特性が不十分であり、具体的には、２．５トンの張力を加えた状態で、ひずみ５００μの条件で振動を加える振動疲労試験を実施したときに、トロリ線が疲労断線するまでの振動回数が１０００万回以上となることは難しい。

また、銅被覆鋼の複合系材料からなるトロリ線は、電線としての安全率が２．５であり、銅錫系の合金材料からなるトロリ線の安全率２.２と比較して高いために、架線するときの張力を２.５トン以上にした場合に摩耗しろが少なく、ヘビーシンプル架線へ適用できないという問題がある。

したがって、本発明の目的の１つは、高い張力が加わった状態でも優れた振動疲労特性を有する、ヘビーシンプル架線に好適なトロリ線を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［７］のトロリ線を提供する。

［１］架線する際の張力が２．５トン以上であるヘビーシンプル架線用のトロリ線であって、引張強さが４３０ＭＰａ以上であり、銅合金からなるトロリ線本体を有する、トロリ線。

［２］前記トロリ線本体の公称断面積が１６０ｍｍ^２以上であり、前記トロリ線本体の引張荷重が６９ｋＮ以上である、上記［１］に記載のトロリ線。

［３］前記トロリ線本体の導電率が８０％ＩＡＣＳ以上である、上記［２］に記載のトロリ線。

［４］前記トロリ線本体の伸び率が３．０％以上である、上記［２］又は［３］に記載のトロリ線。

［５］前記銅合金がＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系合金である、上記［１］〜［４］のいずれか１つに記載のトロリ線。

［６］前記トロリ線本体が、前記トロリ線本体の摩耗限度位置よりも下の位置に溝を有し、前記溝に摩耗検知用の検知線が挿入された、上記［１］〜［５］のいずれか１つに記載のトロリ線。

［７］前記検知線が、絶縁電線、光ファイバのいずれかからなる、上記［６］に記載のトロリ線。

本発明によれば、高い張力が加わった状態でも優れた振動疲労特性を有する、ヘビーシンプル架線に好適なトロリ線を提供することができる。

図１（ａ）はヘビーコンパウンド架線の概略図であり、図１（ｂ）はヘビーシンプル架線の概略図である。図２は、本発明の実施の形態に係るトロリ線の径方向の断面図である。

〔実施の形態〕
（トロリ線の構造及び特性）
図２は、本発明の実施の形態に係るトロリ線１の径方向の断面図である。トロリ線１は、電車等の電気車用の架線に用いられるトロリ線であって、特に、新幹線等の高速で運転される電気車用のヘビーシンプル架線に好適なトロリ線である。また、トロリ線１は、ＪＩＳＥ２１０１に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する。

トロリ線１のトロリ線本体１０は、上部の小弧面１１、下部の大弧面１２、両側部の小弧面１１と大弧面１２の間のＶ字状の溝１３と、大弧面１２の底部から所定の距離の位置に設けられた検知線用溝１４と、を有する。

トロリ線本体１０は、銅合金、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系合金からなる。より具体的な例としては、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金の場合、錫（Ｓｎ）が０．２質量％以上０．４質量％未満、インジウム（Ｉｎ）が０．０５質量％以上０．２５質量％以下含有され、残部がＣｕと不可避不純物で構成される銅合金からなる。また、Ｃｕ−Ｓｎ系合金の場合、錫（Ｓｎ）が０．２質量％以上０．５質量％未満含有され、残部がＣｕと不可避不純物で構成される銅合金からなる。

ヘビーシンプル架線に用いられるトロリ線本体１０には、２．５トンの張力が加わることが想定されるため、その引張強さは、４３０ＭＰａ以上である。例えば、トロリ線本体１０の公称断面積が１６０ｍｍ^２である場合には、引張荷重が６９ｋＮ以上である。また、摩耗しろを大きくするためには、トロリ線本体１０の引張強さがより大きいことが好ましいが、大きすぎると後述する導電率が８０％ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard）以上確保できないおそれや、検知線用溝１４の加工性が悪くなるおそれがあるため、トロリ線本体１０の引張強さは５００ＭＰａ以下であることが好ましい。

例えば、トロリ線本体１０の材料としてＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系合金を用いることにより、引張強さを４３０ＭＰａ以上とすることができる。

トロリ線本体１０の伸び率は、高張力への耐曲げ性を考慮すると、ある程度の値を有することが好ましく、例えば、トロリ線本体１０の公称断面積が１６０ｍｍ^２以上である場合には、３．０％以上であることが好ましい。

トロリ線本体１０の導電率は、大電流容量の観点から、公称断面積が１６０ｍｍ^２以上で導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。具体的には、大電流容量が必要であるために架線をヘビーコンパウンド架線からヘビーシンプル架線に切り替える場合、線条が３本から２本になることでトロリ線に流れる電流比率も高くなる。このことから、ヘビーシンプル架線に使用されるトロリ線では、公称断面積が１６０ｍｍ^２以上で導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。例えば、ヘビーコンパウンド架線に用いられるトロリ線に要求される導電率が７０％ＩＡＣＳであった場合、２本の架線から構成されるヘビーシンプル架線に用いられるトロリ線は、３本の架線から構成されるヘビーコンパウンド架線に用いられるトロリ線よりも電流負荷が大きいため、７０％ＩＡＣＳの導電率では適用が不可となる。なお、８０％ＩＡＣＳ以上の導電率とする場合には、トロリ線本体１０の材料をＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系合金とすることが好ましい。

トロリ線１は、図２に示されるように、トロリ線本体１０に設けられた検知線用溝１４内に配置された検知線２０を有することが好ましい。検知線２０は、導体２１と、導体２１の周囲を被覆する絶縁体２２とを有する絶縁電線から構成される。

トロリ線１を介して電気車に給電が行われる際には、トロリ線本体１０の大弧面１２の底部が、パンタグラフ等の電気車の集電装置に接触する。このため、集電装置の摺動により、トロリ線本体１０は大弧面１２の底部から摩耗する。摩耗が進むと、設定された摩耗限度位置１５に達する前に検知線２０が断線し、断線検知システムが作動して、トロリ線本体１０が限界に近いところまで摩耗していることが検知される。

なお、図２では、検知線として絶縁電線を用いた例で説明したが、光ファイバを検知線として用いてもよい。すなわち、検知線２０の代わりに、光ファイバからなる検知線を用いてもよい。

トロリ線本体１０の検知線用溝１４は、例えば、図２に示されるように、その上端が摩耗限度位置１５と一致するように形成される。これによって、摩耗が摩耗限度位置１５に達する前に、検知線２０が断線する。ここで、小弧面１１の上端と摩耗限度位置１５との距離をＬ１、摩耗しろである大弧面１２の底部と摩耗限度位置１５との距離をＬ２とする。

また、トロリ線本体１０の耐強度、耐振動疲労特性を低下させないために、検知線用溝１４の径を極力小さくして、トロリ線本体１０の断面積低下を抑えることが好ましい。具体的には、絶縁体２２の被膜厚さを従来の絶縁抵抗が確保できる下限厚さの０.２ｍｍとすることにより、検知線２０の直径を１.１５ｍｍまで小さくすることが可能となる。これにより、例えば、トロリ線本体１０の公称断面積が１７０ｍｍ^２である場合には、１６４ｍｍ^２以上のトロリ線本体１０の断面積を確保することができる。

（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、高い張力が加わった状態でも優れた振動疲労特性を有する、ヘビーシンプル架線に好適なトロリ線１を提供することができる。このトロリ線１を用いることにより、新幹線等の高速で運転される電気車用の架線をヘビーシンプル架線にして、架線コスト、メンテナンスコストを低減することができる。

また、トロリ線１が検知線２０を有する場合には、トロリ線本体１０の摩耗量を管理することができ、例えば、トロリ線押上量が局部的に大きくなって局部摩耗が発生する場合であっても、安全を確保することができる。

（トロリ線の振動疲労特性評価）
公称断面積が１７０ｍｍ^２であり、引張荷重が６９ｋＮ以上（引張強さが４３０ＭＰａ以上）であり、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であり、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金からなるトロリ線本体１０に対して、２．５トンの張力を加えた状態で、ひずみ５００μの条件で振動を加える振動疲労試験を実施したところ、１０００万回の振動を加えても断線せず、１０００万回以上の振動に耐えられることがわかった。

また、公称断面積が１７０ｍｍ^２であり、引張荷重が６９ｋＮ以上（引張強さが４３０ＭＰａ以上）であり、導電率が８０％ＩＡＣＳ以上であり、Ｃｕ−Ｓｎ系合金からなるトロリ線本体１０に対して、２．５トンの張力を加えた状態で、ひずみ５００μの条件で振動を加える振動疲労試験を実施したところ、１０００万回の振動を加えても断線せず、１０００万回以上の振動に耐えられることがわかった。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１トロリ線
１０トロリ線本体
１１小弧面
１２大弧面
１３溝
１４検知線用溝
２０検知線

Claims

架線する際の張力が２．５トン以上であるヘビーシンプル架線用のトロリ線であって、
引張強さが４３０ＭＰａ以上であり、銅合金からなるトロリ線本体を有する、トロリ線。
前記トロリ線本体の公称断面積が１６０ｍｍ^２以上であり、
前記トロリ線本体の引張荷重が６９ｋＮ以上である、
請求項１に記載のトロリ線。
前記トロリ線本体の導電率が８０％ＩＡＣＳ以上である、
請求項２に記載のトロリ線。
前記トロリ線本体の伸び率が３．０％以上である、
請求項２又は３に記載のトロリ線。
前記銅合金がＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金又はＣｕ−Ｓｎ系合金である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のトロリ線。
前記トロリ線本体が、前記トロリ線本体の摩耗限度位置よりも下の位置に溝を有し、
前記溝に摩耗検知用の検知線が挿入された、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のトロリ線。
前記検知線が、絶縁電線、光ファイバのいずれかからなる、
請求項６に記載のトロリ線。